Электрон

У этого термина существуют и другие значения, см. Электрон (значения).

Электрон
Символ	$~e, ~e^-$
Масса	9,10938291(40)·10^в31кг^[1], 0,510998928(11) МэВ^[1]
Античастица	позитрон
Классы	фермион, лептон
Квантовые числа
Электрический заряд	в1,602176565(35)·10^в19 Кл^[1]
Спин	1/2
Изотопический спин	0
Барионное число	0
Странность	0
Очарование	0
Другие свойства
Время жизни	в€ (не менее 4,6·10²⁶ лет)
Схема распада	в
Кварковый состав	в

Электро́н (от др.-греч. бјλεκτρον в янтарь^[2]) в стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Является фермионом (то есть имеет полуцелый спин). Относится к лептонам (единственная стабильная частица среди заряженных лептонов). Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет почти все химические свойства веществ. Движение свободных электронов обусловливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме.

[править] Свойства

Заряд электрона неделим и равен в1,602176565(35)·10^в19 Кл^[1] (или в4,80320427(13)·10^в10 ед. заряда СГСЭ в системе СГСЭ или в1,602176565(35)·10^в20 ед. СГСМ в системе СГСМ); он был впервые непосредственно измерен в экспериментах (англ.) А. Ф. Иоффе (1911) и Р. Милликена (1912). Эта величина служит единицей измерения электрического заряда других элементарных частиц (в отличие от заряда электрона, элементарный заряд обычно берётся с положительным знаком). Масса электрона равна 9,10938291(40)·10^в31 кг.^[1]

$~{m_e}=9,10938291(40)~{\cdot}~10^{-31}$ кг^[1] в масса электрона.

$~{e_0}=-1,602176565(35)~{\cdot}~10^{-19}$ Кл^[1] в заряд электрона.

$~{\frac{e_0}{m_e}}=-1,758820088(39)~{\cdot}~10^{11}$ Кл/кг^[1] в удельный заряд электрона.

$~s={\frac{1}{2}}$ в спин электрона в единицах $~\hbar.$

Согласно современным представлениям физики элементарных частиц, электрон неделим и бесструктурен (как минимум до расстояний 10^в17 см). Электрон участвует в слабом, электромагнитном и гравитационном взаимодействиях. Он принадлежит к группе лептонов и является (вместе со своей античастицей, позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. До открытия массы нейтрино электрон считался наиболее лёгкой из массивных частиц в его масса примерно в 1836 раз меньше массы протона. Спин электрона равен 1/2, и, таким образом, электрон относится к фермионам. Как и любая заряженная частица со спином, электрон обладает магнитным моментом, причем магнитный момент делится на нормальную часть и аномальный магнитный момент. Иногда к электронам относят как собственно электроны, так и позитроны (например, рассматривая их как общее электрон-позитронное поле, решение уравнения Дирака). В этом случае отрицательно заряженный электрон называют негатроном, положительно заряженный в позитроном.

Находясь в периодическом потенциале кристалла, электрон рассматривается как квазичастица, эффективная масса которой может значительно отличаться от массы электрона.

Свободный электрон не может поглотить фотон, хотя и может рассеять его (см. эффект Комптона).

[править] Этимология и история открытия

Название «электрон» происходит от греческого слова бјλεκτρον, означающего «янтарь»: ещё в древней Греции естествоиспытателями проводились эксперименты в куски янтаря тёрли шерстью, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы. Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в электрохимии был предложен^[3] Дж. Дж. Стоуни (англ.) в 1894 (сама единица была введена им в 1874). Открытие электрона как частицы принадлежит Э. Вихерту^[4]^[5] и Дж. Дж. Томсону, который в 1897 установил, что отношение заряда к массе для катодных лучей не зависит от материала источника. (см. Открытие электрона)

Открытие волновых свойств^[6]. Согласно гипотезе де Бройля (1924), электрон (как и все другие материальные микрообъекты) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Де-бройлевская длина волны нерелятивистского электрона равна $\lambda = \frac{h }{m_e v}$ , где $v$ в скорость движения электрона. В соответствии с этим электроны, подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волновые свойства электронов были экспериментально обнаружены в 1927 американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером (Опыт Дэвиссона в Джермера) и независимо английским физиком Дж. П. Томсоном.

[править] Использование

Эксперименты с трубкой Крукса впервые продемонстрировали природу электронов

В большинстве источников низкоэнергетичных электронов используются явления термоэлектронной эмиссии и фотоэлектронной эмиссии. Высокоэнергетичные, с энергией от нескольких кэВ до нескольких МэВ, электроны излучаются в процессах бета-распада и внутренней конверсии радиоактивных ядер. Электроны, излучаемые в бета-распаде, иногда называют бета-частицами или бета-лучами. Источниками электронов с более высокой энергией служат ускорители.

Движение электронов в металлах и полупроводниках позволяет легко переносить энергию и управлять ею; это является одной из основ современной цивилизации и используется практически повсеместно в промышленности, связи, информатике, электронике, в быту. Скорость дрейфа электронов в проводниках очень мала (~0,1в1 мм/с), однако электрическое поле распространяется со скоростью света. В связи с этим ток во всей цепи устанавливается практически мгновенно.

Пучки электронов, ускоренные до больших паллетных энергий, например, в линейных ускорителях, являются одним из основных средств изучения строения атомных ядер и природы элементарных частиц. Более прозаическим применением электронных лучей являются телевизоры и мониторы с электронно-лучевыми трубками (кинескопами). Электронный микроскоп также использует способность электронных пучков подчиняться законам электронной оптики. До изобретения транзисторов практически вся радиотехника и электроника были основаны на вакуумных электронных лампах, где применяется управление движением электронов в вакууме электрическими (иногда и магнитными) полями. Электровакуумные приборы (ЭВП) продолжают ограниченно использоваться и в наше время; наиболее распространённые применения в магнетроны в генераторах микроволновых печей и вышеупомянутые электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) в телевизорах и мониторах.

[править] Электрон как квазичастица

Если электрон находится в периодическом потенциале, его движение рассматривается как движение квазичастицы. Его состояния описываются квазиволновым вектором. Основной динамической характеристикой в случае квадратичного закона дисперсии является эффективная масса, которая может значительно отличаться от массы свободного электрона и в общем случае является тензором.

[править] Электрон и Вселенная

Известно^[7], что из каждых 100 нуклонов во Вселенной, 87 являются протонами и 13 в нейтронами (последние в основном входят в состав ядер гелия). Для обеспечения общей нейтральности вещества число протонов и электронов должно быть одинаково. Плотность барионной (наблюдаемой оптическими методами) массы, которая состоит в основном из нуклонов, достаточно хорошо известна (один нуклон на 0,4 кубического метра)^[8]. С учётом радиуса наблюдаемой Вселенной (13,7 млрд световых лет) можно подсчитать, что число электронов в этом объёме составляет ~10⁸⁰, что сопоставимо с большими числами Дирака.

[править] См. также

[править] Примечания

в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants в Complete Listing
в‘ Также то же, что и электрум: «янтарного цвета сплав золота (80 %) с серебром (20 %)» (Черных П. Я. Историко-этимологический словарь).
в‘ Stoney, G. Johnstone, «Of the 'Electron,' or Atom of Electricity». Philosophical Magazine. Series 5, Volume 38, p. 418в420 October 1894.
в‘ Wiechert E. // Schriften d. phys.-ökon. Gesell. zu Königsberg in Pr. 1897. 38. Jg. в„– 1. Sitzungsber. S. 3-16.
в‘ Быков Г. В. К истории открытия электрона // Вопросы истории естествознания и техники. 1963. Вып. 15. С. 25-29.
в‘ БСЭ
в‘ Richard N. Boyd Big bang nucleosynthesis // Nuclear Physics A. в 2001. в Т. 693. в в„– 1-2. в С. 249-257.
в‘ ASTROPHYSICAL CONSTANTS AND PARAMETERS

[править] Литература

Все известные свойства электрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [1] (англ.).

Квантовая электродинамика

п·о·р

Электрон | Позитрон | Фотон
Аномальный магнитный дипольный момент
Позитроний

[CODATA_allascii-0] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants в Complete Listing

[1] в‘ Также то же, что и электрум: «янтарного цвета сплав золота (80 %) с серебром (20 %)» (Черных П. Я. Историко-этимологический словарь).

[2] в‘ Stoney, G. Johnstone, «Of the 'Electron,' or Atom of Electricity». Philosophical Magazine. Series 5, Volume 38, p. 418в420 October 1894.

[3] в‘ Wiechert E. // Schriften d. phys.-ökon. Gesell. zu Königsberg in Pr. 1897. 38. Jg. в„– 1. Sitzungsber. S. 3-16.

[4] в‘ Быков Г. В. К истории открытия электрона // Вопросы истории естествознания и техники. 1963. Вып. 15. С. 25-29.

[5] в‘ БСЭ

[6] в‘ Richard N. Boyd Big bang nucleosynthesis // Nuclear Physics A. в 2001. в Т. 693. в в„– 1-2. в С. 249-257.

[7] в‘ ASTROPHYSICAL CONSTANTS AND PARAMETERS

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Электрон

Содержание

[править] Свойства

[править] Этимология и история открытия

[править] Использование

[править] Электрон как квазичастица

[править] Электрон и Вселенная

[править] См. также

[править] Примечания

[править] Литература

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках